CN112345943B - 一种电池热失控预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池热失控预警方法及装置，包括：获取电池包内各电池单体的温度、电压及电流；确定各电池单体的开路电压差、荷电状态差、剩余容量差、最高温度、最高温度的目标电池单体及目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差；判断开路电压差、荷电状态差、剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，输出对应级别的预警信号；确定温升速率大于零且温升速率变化值大于零时，判断温升速率、最高温度及温度差的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，输出对应级别的预警信号；如此，在不增加成本的基础上，利用电池的有限参数进行不同预警等级的预警，确保预警的精度、及时性及可靠性。

Description

一种电池热失控预警方法及装置

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种电池热失控预警方法及装置。

背景技术

能源节约和环境保护是现在世界发展的第一主题。汽车的电动化是解决能源和环境问题的一个有效的途径。锂离子电池因为其有着能量密度大、循环寿命长、成本较低、环保等优势，使它的普及率正快速提升。然而锂离子电池的安全事故层出不穷，锂离子电池的安全性严重威胁了新能源汽车用户的生命财产安全，阻碍了新能源汽车的发展。

热失控是一个不断温升的链式反应，热失控发生以后，热失控单体会不断的向外扩散，从而威胁乘员舱。为了保证新能源汽车乘员的安全，在电池热失控前期，威胁到乘员安全前，需要留有足够的时间裕度让乘员逃生。因此在在新能源汽车领域需要对电池热失控进行预警。

目前，现有技术中一般是采用的单一的电压偏移及温度偏移，同时实时监测可燃气体浓度和气体压力,判断可燃气体浓度是否达到阈值，气体压力是否达到阈值，通过对不同故障赋不同故障位，故障位相加就得到总故障位；综合以上参数进行热失控预警。但是电池是一个迟滞的系统，在电池使用过程中，端电压是不断波动的，因此很难通过固定的阈值去判断电池故障，因此这种预警方式的预警精度不能得到确保，不能及时、准确、可靠地进行热失控预警。并且还需要增加额外的烟雾传感器和压力传感器，无疑是增加了成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种电池热失控预警方法及装置，用于解决现有技术中在进行电池热失控预警时，由于通过固定的阈值进行预警，预警精度得不到保证，导致不能及时、准确、可靠地进行热失控预警的技术问题。

本发明提供一种电池热失控预警方法，所述方法包括：

分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流；所述电池单体包括至少两个；

根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定各所述电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差；

判断所述开路电压差、所述荷电状态差及所述剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号；

获取不同荷电状态差或不同开路电压差或不同剩余容量差下所述目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定所述温升速率大于零且所述温升速率变化值大于零时，继续判断所述温升速率、所述目标电池单体的最高温度及所述目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，若确定超出，则输出第二预警等级中对应级别的预警信号；

其中，所述目标电池单体为在所有电池单体中具有最高温度的电池单体；所述第一目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均小于对应阈值时的工况、电流均值小于对应阈值且方差值大于对应阈值时的工况及电流均值大于对应阈值且方差值小于对应阈值时工况，所述第二目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均大于对应阈值时的工况。

可选的，所述根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定各所述电池单体的荷电状态差，包括：

针对所述第一目标电流激励工况，利用卡尔曼滤波算法或安时积分法，基于所述第一温度、第一电压及第一电流确定各所述电池单体的荷电值；

基于所述各电池单体的有效荷电值确定有效荷电值；

基于各所述电池单体的荷电值及所述有效荷电值确定各所述电池单体的荷电状态差。

可选的，所述根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定各所述电池单体的荷电状态差，包括：

针对所述第二目标电流激励工况，利用辨识算法对各所述电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各所述电池单体的开路电压；

基于各所述电池单体的开路电压，在预设的映射标准查找所述开路电压对应的荷电值；所述映射表中存储有所述开路电压与所述荷电值之间的对应关系；

基于各所述电池单体的荷电值确定荷电有效值；

基于各所述电池单体的荷电值及所述有效荷电值确定各所述电池单体的荷电状态差。

可选的，根据各所述电池单体的所述电压及所述电流确定各所述电池单体的开路电压差，包括：

针对所述第一目标电流激励工况，基于各所述电池单体的第一电压确定第一电压有效值；

分别确定各所述电池单体的电压与所述第一电压有效值之间的电压差，所述电压差为开路电压差ΔE。

可选的，根据各所述电池单体的所述电压及所述电流确定各所述电池单体的开路电压差，包括：

针对所述第二目标电流激励工况，利用辨识算法对各所述电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各所述电池单体的开路电压OCV；

基于各所述电池单体的第二电压确定第二电压有效值；利用辨识算法，基于所述第二电压有效值及第二电流确定各所述电池单体的的开路电压有效值；

基于各所述开路电压及所述开路电压有效值确定各所述电池单体的开路电压差ΔE。

可选的，所述方法还包括：

判断所述目标电池单体的最高温度以及所述目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第三预警等级中对应的第三预警阈值；

若确定超出，则输出第三预警等级的预警信号。

可选的，所述获取不同荷电状态差下所述目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，包括：

当所述荷电状态差从第一取值到第二取值时，获取所述目标电池单体在第一时间段Δt1内的第一温度差ΔT1，根据公式Trate1＝ΔT1/Δt1确定第一温升速率Trate1；所述第一时间段为所述荷电状态差从第一取值到第二取值所用的时长；

当所述荷电状态差从第二取值到第三取值时，获取所述目标电池单体在第二时间段Δt2内的第二温度差ΔT2，根据公式Trate2＝ΔT2/Δt2确定第二温升速率Trate2；所述第二时间段为荷电状态差从第二取值到第三取值所用的时长；

根据公式ΔTrate＝Trate2-Trate1确定所述目标单体的温升速率变化值。

本发明还提供一种电池热失控预警装置，所述装置包括：

获取单元，分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流；所述电池单体包括至少两个；

确定单元，用于根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定各所述电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差；

判断单元，用于判断所述开路电压差、所述荷电状态差及所述剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号；

获取不同荷电状态差或不同开路电压差或不同剩余容量差下所述目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定所述温升速率大于零且所述温升速率变化值大于零时，继续判断所述温升速率、所述目标电池单体的最高温度及所述目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，若确定超出，则输出第二预警等级中对应级别的预警信号；其中，所述目标电池单体为在所有电池单体中具有最高温度的电池单体；所述第一目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均小于对应阈值时的工况、电流均值小于对应阈值且方差值大于对应阈值时的工况及电流均值大于对应阈值且方差值小于对应阈值时工况，所述第二目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均大于对应阈值时的工况，所述第二预警阈值大于所述第一预警阈值。

可选的，所述确定单元具体用于：

针对所述第一目标电流激励工况，利用卡尔曼滤波算法或安时积分法，基于所述第一温度、第一电压及第一电流确定各所述电池单体的荷电值；

基于所述各电池单体的有效荷电值确定有效荷电值；

基于各所述电池单体的荷电值及所述有效荷电值确定各所述电池单体的荷电状态差。

可选的，所述确定单元具体用于：

针对所述第二目标电流激励工况，利用辨识算法对各所述电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各所述电池单体的开路电压；

基于各所述电池单体的开路电压，在预设的映射标准查找所述开路电压对应的荷电值；所述映射表中存储有所述开路电压与所述荷电值之间的对应关系；

基于各所述电池单体的荷电值确定荷电有效值；

基于各所述电池单体的荷电值及所述有效荷电值确定各所述电池单体的荷电状态差。

本发明提供了一种电池热失控预警方法及装置，方法包括：分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流；所述电池单体包括至少两个；根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定各所述电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差；判断所述开路电压差、所述荷电状态差及所述剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号；获取不同荷电状态差或不同开路电压差或不同剩余容量差下所述目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定所述温升速率大于零且所述温升速率变化值大于零时，继续判断所述温升速率、所述目标电池单体的最高温度及所述目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，若确定超出，则输出第二预警等级中对应级别的预警信号；其中，所述目标电池单体为在所有电池单体中具有最高温度的电池单体；所述第一目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均小于对应阈值时的工况、电流均值小于对应阈值且方差值大于对应阈值时的工况及电流均值大于对应阈值且方差值小于对应阈值时工况，所述第二目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均大于对应阈值时的工况；如此，本申请可以在不增加成本的基础上，利用电池的最高温度、温升速率，开路电压差、荷电状态差及电池包剩余容量差进行电池热失控预警；在预警过程中，基于热失控的发展历程，进行不同级别的预警(比如当电池发生故障时，通常会导致电压异常下降，温升不会太大，此时会触发第一预警等级中不同级别的预警；当确定温升速率大于零且温升速率不断增加时，说明此时热失控的风险较高，则会继续判断温升速率、目标电池单体的最高温度及温度差的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，以能及时输出第二预警等级中对应级别的预警信号)，因此可以确保预警的精度、及时性及可靠性，给车乘人员提供充足的逃生时间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电池热失控预警方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的电池热失控预警装置结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中在进行电池热失控预警时，由于通过固定的阈值进行预警，预警精度得不到保证，导致不能及时、准确、可靠地进行热失控预警的技术问题；本发明提供了一种电池热失控预警方法及装置。

下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例一

本实施例提供一种电池热失控预警方法，如图1所示，方法包括：

S110，分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流；所述电池单体包括至少两个；

电池包可能会在很多工况下工作，这里，为了确保预警的精度，本实施例采集两种工况下的电池参数进行预警。第一种为第一目标电流激励工况，第二种为第二目标电路激励工况；其中，第一目标电流激励工况为小电流激励工况，第二目标电流激励工况为大电流激励工况。

其中，第一目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均小于对应阈值时的工况、电流均值小于对应阈值且方差值大于对应阈值时的工况及电流均值大于对应阈值且方差值小于对应阈值时工况，第二目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均大于对应阈值时的工况。

举例来说，若在预设的时间段内，该时间段内的电流均值大于3且方差大于25时，说明此时为第二目标电流激励工况；若该时间段内的电流均值小于3且方差小于25时，或者电流均值小于3且方差大于25，或者电流均值大于3且方差小于25时，说明此时为小电流激励工况。在实际应用中，可基于电池类型，均值阈值和方差阈值可以根据实际情况进行调整，在此不做限制。

然后，分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流。这里为了便于描述清楚，本实施例中将在第一目标电路激励工况下获取到的各电池单体的温度、电压及电流称之为第一温度、第一电压及第一电流；将在第二目标电路激励工况下获取到的各电池单体的温度、电压及电流称之为第二温度、第二电压及第二电流。

这里，电池的种类不限，可以是锂离子电池、钠离子电池、铅酸电池、镍氢电池等，本实施例中的电池包为锂离子电池。电池包包括n个电池单体，n为大于1的整数(也即电池单体包括至少两个)，这n个电池单体可以通过串并联构成一个电池组(电池包)。

S111，根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定所述各所述电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差；

获取到各电池单体的温度、电压及电流后，根据各电池单体的温度、电压及电流确定所述各电池单体的开路电压差ΔE、荷电状态差ΔSOC及剩余容量差。

在不同的激励工况下，确定开路电压差ΔE、荷电状态差ΔSOC的方式也不相同。作为一种可选的实施例，根据各电池单体的温度、电压及电流确定各电池单体的荷电状态差，包括：

针对第一目标电流激励工况，可以利用卡尔曼滤波算法或安时积分法，基于第一温度、第一电压及第一电流确定各电池单体的荷电值；

基于各电池单体的有效荷电值确定有效荷电值；

基于各电池单体的荷电值及有效荷电值确定各电池单体的荷电状态差ΔSOC，各电池单体的荷电状态差为各电池单体的荷电值与有效荷电值之间的差值。

针对第二目标电流激励工况，可以利用辨识算法对各电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各电池单体的开路电压OCV；

基于各电池单体的开路电压，在预设的映射标准查找开路电压对应的荷电值；所述映射表中存储有开路电压与荷电值之间的对应关系；

基于各电池单体的荷电值确定荷电有效值；

基于各电池单体的荷电值及有效荷电值确定各电池单体的荷电状态差ΔSOC。

这里，在基于各电池单体的有效荷电值确定有效荷电值时，可以包括：去除最高荷电值及最低荷电值，将剩余荷电值的均值作为有效荷电值。

值得注意的是，无论在第一目标电流激励工况还是在第二目标电流激励工况下，当荷电状态差确定出之后，可以根据荷电状态差与电池单体的总容量确定各电池单体的剩余容量差。

作为一种可选的实施例，在确定各电池单体的开路电压差ΔE时，实现如下：

针对第一目标电流激励工况，基于各电池单体的第一电压确定第一电压有效值；

分别确定各电池单体的电压与第一电压有效值之间的电压差，因在第一目标电路激励工况下电压的波动较小，因此各电池单体的电压与第一电压有效值之间的电压差可以直接作为各电池单体的开路电压差ΔE。

其中，基于各电池单体的第一电压确定第一电压有效值包括：去除最高的第一电压及最低的第一电压，将剩余第一电压的平均值作为第一电压有效值。

针对第二目标电流激励工况，利用辨识算法对各电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各电池单体的开路电压OCV；

基于各电池单体的第二电压确定第二电压有效值；利用辨识算法，基于第二电压有效值及第二电流确定各电池单体的的开路电压有效值；

基于各开路电压及开路电压有效值确定各电池单体的开路电压差ΔE。

其中，基于各电池单体的第二电压确定第二电压有效值包括：去除最高的第二电压及最低的第二电压，将剩余第二电压的平均值作为第二电压有效值。

S112，判断所述开路电压差、所述荷电状态差及所述剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号；

因电池在热失控之前会有一定的发展历程，比如电池故障在诱发热失控以前，发展到一定程度后，故障电池会出现明显压降异常，明显SOC下降异常和故障电池在产热大于散热的情况下，相应电池单体在一定程度上温度异常升高等现象。但是此时可能只是因为电池的自产热现象导致温升不会太大，不会对生命安全存在威胁，此时输出第一预警等级的预警信号即可。

具体的，判断开路电压差、荷电状态差及剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号。

其中，第一预警阈值包括：开路电压差阈值，荷电状态差阈值及剩余容量差阈值，这里，因不同厂家的车辆电池的性能可能存在不同，开路电压差及剩余容量差的预警阈值设定可根据电池的类型、车辆类型及实际应用中的环境参数进行设定，在此不做限制。而对于不同类型的电池，荷电状态差的预警阈值基本可以选定为同样的取值，比如可以为3％，6％，9％，12％等等。

以荷电状态差举例来说，3％为第一预警等级中第一级别的预警阈值，6％为第一预警等级中第二级别的预警阈值，9％为第一预警等级中第三级别的预警阈值。那么当荷电状态差大于或等于3％时，则会输出第一预警等级中对第一级别的预警信号；当荷电状态差大于或等于6％时，则会输出第一预警等级中对第二级别的预警信号；当荷电状态差大于或等于9％时，则会输出第一预警等级中对第三级别的预警信号。开路电压差和剩余容量差的预警方式和荷电状态差的预警方式相同，在此不再赘述。

值得注意的是，当确定各电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差达到对应级别的第一预警阈值时，同时将该预警阈值下目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差以及目标电池单体的最高温度记录到温度表中，以为第二预警等级的预警做好准备。其中，目标电池单体为所有电池单体中最高温度为最大时的电池单体，也即目标电池单体为在所有电池单体中具有最高温度的电池单体。这里，温度有效值的确定方式为：去除各电池单体中的最高温度及最低温度，将剩余电池单体的温度的平均值作为温度有效值。

以荷电状态差为例进行说明，当确定出荷电状态差时，同时记录各荷电状态差下对应的目标电池单体的最高温度及温度差。比如确定的荷电状态差的对应级别的第一预警阈值为3％，6％，9％，12％、15％、18％、21％、24％等，那么需要同时记录以上级别的第一预警阈值参数下目标电池单体的最高温度及温度差。

S113，获取不同荷电状态差下所述目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定所述温升速率大于零且温升速率变化值大于零时，继续判断所述温升速率、所述目标电池单体的最高温度及所述温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，若确定超出，则输出第二预警等级中对应级别的预警信号。

因热失控是一种链式反应，放热反应会不断触发，温度升高且温升速率不断增加。因此触发第一预警等级的预警信号后，还需从温度表中获取不同荷电状态差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定所述温升速率大于零且所述温升速率变化值大于零时，继续判断温升速率、目标电池单体的最高温度及目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，若确定超出，则说明很有可能会发生电池热失控，则输出第二预警等级中对应级别的预警信号。

以目标电池单体的最高温度对应的第二预警阈值来说，目标电池单体的最高温度对应级别的第二预警阈值可以为60℃、70℃、80℃，温度差对应级别的第二预警阈值为13℃、15℃、17℃。同样的，因不同厂家的车辆电池的性能可能存在不同，因此第二预警阈值的具体取值可以根据实际情况设定，在此不做限制。

以目标电池单体的最高温度举例来说，当目标电池单体的最高温度大于或等于60℃时，输出第二预警等级中第一级别的预警信号；当目标电池单体的最高温度大于或等于70℃时，输出第二预警等级中第二级别的预警信号；当目标电池单体的最高温度大于或等于80℃时，输出第二预警等级中第三级别的预警信号。

同样的，以目标电池单体的温度差举例来说，当目标电池单体的温度差大于或等于13℃时，输出第二预警等级中第一级别的预警信号；当目标电池单体的温度差大于或等于15℃时，输出第二预警等级中第二级别的预警信号；当目标电池单体的最高温度大于或等于17℃时，输出第二预警等级中第三级别的预警信号。

作为一种可选的实施例，获取不同荷电状态差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，包括：

当荷电状态差从第一取值到第二取值时，获取目标电池单体在第一时间段Δt1内的第一温度差ΔT1，根据公式Trate1＝ΔT1/Δt1确定第一温升速率Trate1；第一时间段为所述荷电状态差从第一取值到第二取值所用的时长；

当荷电状态差从第二取值到第三取值时，获取目标电池单体在第二时间段Δt2内的第二温度差ΔT2，根据公式Trate2＝ΔT2/Δt2确定第二温升速率Trate2；第二时间段为荷电状态差从第二取值到第三取值所用的时长；

根据公式ΔTrate＝Trate2-Trate1确定所述目标单体的温升速率变化值。其中，荷电状态差的取值可以为3％，6％，9％，12％、15％、18％、21％、24％等。那么第一取值、第二取值和第三取值应该是连续的，比如：第一取值可以为3％，第二取值可以为6％，第三取值可以为9％；第一取值可以为15％、第二取值可以为18％、第三取值可以为21％等。

也即，当Trate1和Trate2大于零，且ΔTrate也大于零时(说明温升速率不断变大)，需要继续判断温升速率、目标电池单体的最高温度及温度差中的至少一个是否超出对应的第二预警阈值。

进一步地，在实际应用中，针对瞬发的热失控，可能会因为SOC误差、容量误差或者开路电压误差导致不会触发第二预警等级的预警；那么为了确保预警精度，方法还包括：

判断目标电池单体的最高温度以及目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出对应的第三预警等级中对应的第三预警阈值；其中，目标电池单体最高温度对应的第三预警阈值为90～100℃，温度差对应的第三预警阈值为20℃。

若确定超出，则输出第三预警等级的预警信号，此时第三预警等级的预警信号可以为提醒成员逃生的预警信号。这样，通过层层布进，考虑到电池热失控的各个原因，确保预警的精度。

需要说明的是，获取不同开路电压差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值以及获取不同剩余容量差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值与获取不同荷电状态差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值的获取方式是相同的，在此不再赘述。并且本实施例提供的热失控预警方法也可以应用在在其它领域，比如数码产品、飞机等。

这样，本申请可以在不增加成本的基础上，利用电池的最高温度、温升速率，开路电压差、荷电状态差及剩余容量差进行电池热失控预警；在预警过程中，基于热失控的发展历程，进行不同级别的预警(比如当电池发生故障时，通常会导致电压异常下降，温升不会太大，此时会触发第一预警等级中不同级别的预警；当确定温升速率大于零且温升速率不断增加时，说明此时热失控的风险较高，则会继续判断温升速率、目标电池单体的最高温度及温度差的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，以能及时输出第二预警等级中对应级别的预警信号)，当出现瞬间热失控时，可以进行第三预警等级的预警，提醒乘员及时逃生；因此可以确保预警的精度、及时性及可靠性，给车乘人员提供充足的逃生时间。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种电池热失控预警装置，详见实施例二。

实施例二

本实施例提供一种电池热失控预警装置，如图2所示，装置包括：获取单元21、确定单元22及判断单元23；其中，

获取单元21，分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流；所述电池单体包括至少两个；

确定单元22，用于根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定所述各所述电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差；

判断单元23，用于判断所述开路电压差、所述荷电状态差及所述剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号；

获取不同荷电状态差下或不同开路电压差下或不同剩余容量差下所述目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定温升速率大于零且温升速率变化值不断增加时，继续判断所述温升速率、所述目标电池单体的最高温度及所述温度差中的至少一个是否超出第二预警等级对应的第二预警阈值，若确定超出，则输出第二预警等级的预警信号；其中，目标电池单体为在所有电池单体中具有最高温度的电池单体；所述第一目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均小于对应阈值时的工况、电流均值小于对应阈值且方差值大于对应阈值时的工况及电流均值大于对应阈值且方差值小于对应阈值时工况，第二目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均大于对应阈值时的工况。

具体的，电池包可能会在很多工况下工作，这里，为了确保预警的精度，本实施例采集两种工况下的电池参数进行预警。第一种为第一目标电流激励工况，第二种为第二目标电路激励工况；其中，第一目标电流激励工况为小电流激励工况，第二目标电流激励工况为大电流激励工况。

其中，，第一目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均小于对应阈值时的工况、电流均值小于对应阈值且方差值大于对应阈值时的工况及电流均值大于对应阈值且方差值小于对应阈值时工况，第二目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均大于对应阈值时的工况。

举例来说，若在预设的时间段内，该时间段内的电流均值大于3且方差大于25时，说明此时为第二目标电流激励工况；若该时间段内的电流均值小于3且方差小于25时，或者电流均值小于3且方差大于25，或者电流均值大于3且方差小于25时，说明此时为小电流激励工况。在实际应用中，可基于电池类型，均值阈值和方差阈值可以根据实际情况进行调整，在此不做限制。

然后，获取单元21分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流。这里为了便于描述清楚，本实施例中将在第一目标电路激励工况下获取到的各电池单体的温度、电压及电流称之为第一温度、第一电压及第一电流；将在第二目标电路激励工况下获取到的各电池单体的温度、电压及电流称之为第二温度、第二电压及第二电流。

这里，电池的种类不限，可以是锂离子电池、钠离子电池、铅酸电池、镍氢电池等，本实施例中的电池包为锂离子电池。电池包包括n个电池单体，n为大于1的整数(也即电池单体包括至少两个)，这n个电池单体可以通过串并联构成一个电池组(电池包)。

获取到各电池单体的温度、电压及电流后，确定单元22根据各电池单体的温度、电压及电流确定所述各电池单体的开路电压差ΔE、荷电状态差ΔSOC及剩余容量差。

在不同的激励工况下，确定开路电压差ΔE、荷电状态差ΔSOC的方式也不相同。作为一种可选的实施例，根据各电池单体的温度、电压及电流确定各电池单体的荷电状态差，包括：

针对第一目标电流激励工况，可以利用卡尔曼滤波算法或安时积分法，基于第一温度、第一电压及第一电流确定各电池单体的荷电值；

基于各电池单体的有效荷电值确定有效荷电值；

基于各电池单体的荷电值及有效荷电值确定各电池单体的荷电状态差ΔSOC，各电池单体的荷电状态差为各电池单体的荷电值与有效荷电值之间的差值。

针对第二目标电流激励工况，可以利用辨识算法对各电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各电池单体的开路电压OCV；

基于各电池单体的开路电压，在预设的映射标准查找开路电压对应的荷电值；所述映射表中存储有开路电压与荷电值之间的对应关系；

基于各电池单体的荷电值确定荷电有效值；

基于各电池单体的荷电值及有效荷电值确定各电池单体的荷电状态差ΔSOC。

这里，在基于各电池单体的有效荷电值确定有效荷电值时，可以包括：去除最高荷电值及最低荷电值，将剩余荷电值的均值作为有效荷电值。

值得注意的是，无论在第一目标电流激励工况还是在第二目标电流激励工况下，当荷电状态差确定出之后，可以根据荷电状态差与电池单体的总容量确定各电池单体的剩余容量差。

作为一种可选的实施例，在确定各电池单体的开路电压差ΔE时，实现如下：

针对第一目标电流激励工况，基于各电池单体的第一电压确定第一电压有效值；

分别确定各电池单体的电压与第一电压有效值之间的电压差，因在第一目标电路激励工况下电压的波动较小，因此各电池单体的电压与第一电压有效值之间的电压差可以直接作为各电池单体的开路电压差ΔE。

其中，基于各电池单体的第一电压确定第一电压有效值包括：去除最高的第一电压及最低的第一电压，将剩余第一电压的平均值作为第一电压有效值。

针对第二目标电流激励工况，利用辨识算法对各电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各电池单体的开路电压OCV；

基于各电池单体的第二电压确定第二电压有效值；利用辨识算法，基于第二电压有效值及第二电流确定各电池单体的的开路电压有效值；

基于各开路电压及开路电压有效值确定各电池单体的第二开路电压差ΔE。

其中，基于各电池单体的第二电压确定第二电压有效值包括：去除最高的第二电压及最低的第二电压，将剩余第二电压的平均值作为第二电压有效值。

因电池在热失控之前会有一定的发展历程，比如电池故障在诱发热失控以前，发展到一定程度后，故障电池会出现明显压降异常，明显SOC下降异常和故障电池在产热大于散热的情况下，相应电池单体在一定程度上温度异常升高等现象。但是此时可能只是因为电池的自产热现象导致温升不会太大，不会会生命安全存在威胁，此时输出第一预警等级的预警信号即可。

具体的，判断单元23用于判断开路电压差、荷电状态差及剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号；

其中，第一预警阈值包括：开路电压差阈值，荷电状态差阈值及剩余容量差阈值，这里，因不同厂家的车辆电池的性能可能存在不同，开路电压差及剩余容量差的预警阈值设定可根据电池的类型、车辆类型及实际应用中的环境参数进行设定，在此不做限制。而对于不同类型的电池，荷电状态差的预警阈值基本可以选定为同样的取值，比如可以为3％，6％，9％，12％等等。

以荷电状态差举例来说，3％为第一预警等级中第一级别的预警阈值，6％为第一预警等级中第二级别的预警阈值，9％为第一预警等级中第三级别的预警阈值。那么当荷电状态差大于或等于3％时，则会输出第一预警等级中对第一级别的预警信号；当荷电状态差大于或等于6％时，则会输出第一预警等级中对第二级别的预警信号；当荷电状态差大于或等于9％时，则会输出第一预警等级中对第三级别的预警信号。开路电压差和剩余容量差的预警方式和荷电状态差的预警方式相同，在此不再赘述。

值得注意的是，当确定各电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差达到对应级别的第一预警阈值时，同时将该预警阈值下目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差以及目标电池单体的最高温度记录到温度表中，以为第二预警等级的预警做好准备。其中，目标电池单体为所有电池单体中最高温度为最大时对应的电池单体。这里，温度有效值的确定方式为：去除各电池单体中的最高温度及最低温度，将剩余电池单体的温度的平均值作为温度有效值。

以荷电状态差为例进行说明，当确定出荷电状态差时，同时记录各荷电状态差下对应的目标电池单体的最高温度及温度差。比如确定的荷电状态差的对应级别的第一预警阈值为3％，6％，9％，12％、15％、18％、21％、24％等，那么需要同时记录以上级别的第一预警阈值参数下目标电池单体的最高温度及温度差。

因热失控是一种链式反应，放热反应会不断触发，温度升高且温升速率不断增加。因此触发第一预警等级的预警信号后，确定单元22还需从温度表中获取不同荷电状态差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定所述温升速率大于零且所述温升速率变化值大于零时，判断单元23还需继续判断温升速率、目标电池单体的最高温度及目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，若确定超出，则说明很有可能会发生电池热失控，则输出第二预警等级对应级别的预警信号。

以目标电池单体的最高温度对应的第二预警阈值来说，目标电池单体的最高温度对应级别的第二预警阈值可以为60℃、70℃、80℃，温度差对应级别的第二预警阈值为13℃、15℃、17℃。同样的，因不同厂家的车辆电池的性能可能存在不同，因此第二预警阈值的具体取值可以根据实际情况设定，在此不做限制。

以目标电池单体的最高温度举例来说，当目标电池单体的最高温度大于或等于60℃时，输出第二预警等级中第一级别的预警信号；当目标电池单体的最高温度大于或等于70℃时，输出第二预警等级中第二级别的预警信号；当目标电池单体的最高温度大于或等于80℃时，输出第二预警等级中第三级别的预警信号。

同样的，以目标电池单体的温度差举例来说，当目标电池单体的温度差大于或等于13℃时，输出第二预警等级中第一级别的预警信号；当目标电池单体的温度差大于或等于15℃时，输出第二预警等级中第二级别的预警信号；当目标电池单体的最高温度大于或等于17℃时，输出第二预警等级中第三级别的预警信号。

作为一种可选的实施例，获取单元21获取不同荷电状态差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，包括：

当荷电状态差从第一取值到第二取值时，获取目标电池单体在第一时间段Δt1内的第一温度差ΔT1，根据公式Trate1＝ΔT1/Δt1确定第一温升速率Trate1；第一时间段为所述荷电状态差从第一取值到第二取值所用的时长；

当荷电状态差从第二取值到第三取值时，获取目标电池单体在第二时间段Δt2内的第二温度差ΔT2，根据公式Trate2＝ΔT2/Δt2确定第二温升速率Trate2；第二时间段为荷电状态差从第二取值到第三取值所用的时长；

根据公式ΔTrate＝Trate2-Trate1确定所述目标单体的温升速率。其中，荷电状态差的取值可以为3％，6％，9％，12％、15％、18％、21％、24％等。那么第一取值、第二取值和第三取值应该是连续的，比如：第一取值可以为3％，第二取值可以为6％，第三取值可以为9％；第一取值可以为15％、第二取值可以为18％、第三取值可以为21％等。

也即，当Trate1和Trate2大于零，且ΔTrate也大于零时(说明温升速率不断变大)需要继续判断温升速率、目标电池单体的最高温度及温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值。

进一步地，在实际应用中，针对瞬发的热失控，可能会因为SOC误差、容量误差或者开路电压误差导致不会触发第二预警等级的预警；那么为了确保预警精度，判断单元23还用于：

判断目标电池单体的最高温度以及目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第三预警等级中对应的第三预警阈值；其中，目标电池单体最高温度对应的第三预警阈值为90～100℃；温度差对应的第三预警阈值为20℃。

若确定超出，则输出第三预警等级的预警信号，此时第三预警等级的预警信号可以为提醒成员逃生的预警信号。

这样，通过层层布进，考虑到电池热失控的各个原因，确保预警的精度。

需要说明的是，获取不同开路电压差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值以及获取不同剩余容量差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值与获取不同荷电状态差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值的获取方式是相同的，在此不再赘述。并且本实施例提供的热失控预警方法也可以应用在在其它领域，比如数码产品、飞机等。

这样，本申请可以在不增加成本的基础上，利用电池的最高温度、温升速率，开路电压差、荷电状态差及电池包剩余容量差进行电池热失控预警；在预警过程中，基于热失控的发展历程，进行不同级别的预警(比如当电池发生故障时，通常会导致电压异常下降，温升不会太大，此时会触发第一预警等级中不同级别的预警；当确定温升速率大于零且温升速率不断增加时，说明此时热失控的风险较高，则会继续判断温升速率、目标电池单体的最高温度及温度差的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，以能及时输出第二预警等级中对应级别的预警信号)，当出现瞬间热失控时，可以进行第三预警等级的预警，提醒乘员及时逃生；因此可以确保预警的精度、及时性及可靠性，给车乘人员提供充足的逃生时间。

本发明提供的电池热失控预警方法及装置能够带来的有益效果至少是：

本发明提供了一种电池热失控预警方法及装置，方法包括：分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流；所述电池单体包括至少两个；根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定所述各所述电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差；判断所述开路电压差、所述荷电状态差及所述剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号；获取不同荷电状态差下或不同开路电压差下或不同剩余容量差下所述目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定所述温升速率大于零且所述温升速率变化值大于零时，继续判断所述温升速率、所述目标电池单体的最高温度及目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，若确定超出，则输出第二预警等级中对应级别的预警信号；其中，目标电池单体为在所有电池单体中具有最高温度的电池单体；所述第一目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均小于对应阈值时的工况、电流均值小于对应阈值且方差值大于对应阈值时的工况及电流均值大于对应阈值且方差值小于对应阈值时工况，所述第二目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均大于对应阈值时的工况；如此，本申请可以在不增加成本的基础上，利用电池的最高温度、温升速率，开路电压差、荷电状态差及电池包剩余容量差进行电池热失控预警；在预警过程中，基于热失控的发展历程，进行不同级别的预警(比如当电池发生故障时，通常会导致电压异常下降，温升不会太大，此时会触发第以预警等级中不同级别的预警；当确定温升速率大于零且温升速率不断增加时，说明此时热失控的风险较高，则会继续判断温升速率、目标电池单体的最高温度及温度差的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，以能及时输出第二预警等级中对应级别的预警信号)，当出现瞬间热失控时，可以进行第三预警等级的预警，提醒乘员及时逃生；因此可以确保预警的精度、及时性及可靠性，给车乘人员提供充足的逃生时间。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池热失控预警方法，其特征在于，所述方法包括：

分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流；所述电池单体包括至少两个；

根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定各所述电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差；

判断所述开路电压差、所述荷电状态差及所述剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号；

获取不同荷电状态差或不同开路电压差或不同剩余容量差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定所述温升速率大于零且所述温升速率变化值大于零时，继续判断所述温升速率、所述目标电池单体的最高温度及所述目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，若确定超出，则输出第二预警等级中对应级别的预警信号；

所述方法还包括：

判断所述目标电池单体的最高温度以及所述目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第三预警等级中对应的第三预警阈值；

若确定超出，则输出第三预警等级的预警信号；

其中，所述目标电池单体为在所有电池单体中具有最高温度的电池单体；所述第一目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均小于对应阈值时的工况、电流均值小于对应阈值且方差值大于对应阈值时的工况或电流均值大于对应阈值且方差值小于对应阈值时工况，所述第二目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均大于对应阈值时的工况。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定各所述电池单体的荷电状态差，包括：

针对所述第一目标电流激励工况，利用卡尔曼滤波算法或安时积分法，基于第一温度、第一电压及第一电流确定各所述电池单体的荷电值；

基于所述各电池单体的荷电值确定有效荷电值；

基于各所述电池单体的荷电值及所述有效荷电值确定各所述电池单体的荷电状态差。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定各所述电池单体的荷电状态差，包括：

针对所述第二目标电流激励工况，利用辨识算法对各所述电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各所述电池单体的开路电压；

基于各所述电池单体的开路电压，在预设的映射表 查找所述开路电压对应的荷电值；所述映射表中存储有所述开路电压与所述荷电值之间的对应关系；

基于各所述电池单体的荷电值确定有效荷电值；

基于各所述电池单体的荷电值及所述有效荷电值确定各所述电池单体的荷电状态差。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各所述电池单体的所述电压及所述电流确定各所述电池单体的开路电压差，包括：

针对所述第一目标电流激励工况，基于各所述电池单体的第一电压确定第一电压有效值；

分别确定各所述电池单体的电压与所述第一电压有效值之间的电压差，所述电压差为开路电压差ΔE。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各所述电池单体的所述电压及所述电流确定各所述电池单体的开路电压差，包括：

针对所述第二目标电流激励工况，利用辨识算法对各所述电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各所述电池单体的开路电压OCV；

基于各所述电池单体的第二电压确定第二电压有效值；利用辨识算法，基于所述第二电压有效值及第二电流确定各所述电池单体的开路电压有效值；

基于各所述开路电压及所述开路电压有效值确定各所述电池单体的开路电压差ΔE。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取不同荷电状态差下所述目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，包括：

当所述荷电状态差从第一取值到第二取值时，获取所述目标电池单体在第一时间段Δt1内的第一温度差ΔT1，根据公式Trate1=ΔT1/Δt1确定第一温升速率Trate1；所述第一时间段为所述荷电状态差从第一取值到第二取值所用的时长；

当所述荷电状态差从第二取值到第三取值时，获取所述目标电池单体在第二时间段Δt2内的第二温度差ΔT2，根据公式Trate2=ΔT2/Δt2确定第二温升速率Trate2；所述第二时间段为荷电状态差从第二取值到第三取值所用的时长；

根据公式ΔTrate=Trate2-Trate1确定所述目标单体的温升速率变化值。

7.一种电池热失控预警装置，其特征在于，所述装置包括：

获取单元，分别获取第一目标电流激励工况下及第二目标电流激励工况下的电池包内各电池单体的温度、电压及电流；所述电池单体包括至少两个；

确定单元，用于根据各所述电池单体的温度、所述电压及所述电流确定各所述电池单体的开路电压差、荷电状态差及剩余容量差；

判断单元，用于判断所述开路电压差、所述荷电状态差及所述剩余容量差中的至少一个是否超出第一预警等级中对应级别的第一预警阈值，若确定超出，则输出第一预警等级中对应级别的预警信号；

获取不同荷电状态差或不同开路电压差或不同剩余容量差下目标电池单体的温升速率及温升速率变化值，当确定所述温升速率大于零且所述温升速率变化值大于零时，继续判断所述温升速率、所述目标电池单体的最高温度及所述目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第二预警等级中对应级别的第二预警阈值，若确定超出，则输出第二预警等级中对应级别的预警信号；

判断所述目标电池单体的最高温度以及所述目标电池单体的最高温度与温度有效值之间的温度差中的至少一个是否超出第三预警等级中对应的第三预警阈值；

若确定超出，则输出第三预警等级的预警信号；

其中，所述目标电池单体为在所有电池单体中具有最高温度的电池单体；所述第一目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均小于对应阈值时的工况、电流均值小于对应阈值且方差值大于对应阈值时的工况或电流均值大于对应阈值且方差值小于对应阈值时工况，所述第二目标电流激励工况为预设时间段内的电流均值及方差值均大于对应阈值时的工况，所述第二预警阈值大于所述第一预警阈值。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：

针对所述第一目标电流激励工况，利用卡尔曼滤波算法或安时积分法，基于第一温度、第一电压及第一电流确定各所述电池单体的荷电值；

基于所述各电池单体的荷电值确定有效荷电值；

基于各所述电池单体的荷电值及所述有效荷电值确定各所述电池单体的荷电状态差。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：

针对所述第二目标电流激励工况，利用辨识算法对各所述电池单体的第二电压及第二电流进行辨识，获得各所述电池单体的开路电压；

基于各所述电池单体的开路电压，在预设的映射表 查找所述开路电压对应的荷电值；所述映射表中存储有所述开路电压与所述荷电值之间的对应关系；

基于各所述电池单体的荷电值确定有效荷电值；

基于各所述电池单体的荷电值及所述有效荷电值确定各所述电池单体的荷电状态差。

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